[發(fā)明專利]一種多孔SnTe熱電材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110068392.5
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112670400B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊磊;陳杰;周大利
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: H10N10/01
• 分類號: H10N10/01;H10N10/852
• 代理公司: 成都中弘信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51309
• 代理人: 張芳

本發(fā)明屬于熱電材料技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種多孔SnTe熱電材料的制備方法，所述方法包括：分別稱取符合化學(xué)計量比的Sn粉和Te粉，并將稱取的Sn粉和Te粉轉(zhuǎn)移至球磨罐中進(jìn)行球磨，合成得到純相的SnTe粉體；利用放電等離子燒結(jié)設(shè)備將所述SnTe粉體制備成多孔SnTe熱電塊體材料，其中，控制所述SnTe粉體在燒結(jié)升溫階段的壓力強度為Psubgt;1/subgt;，Psubgt;1/subgt;≥4MPa。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)放電等離子燒結(jié)升溫階段的壓力強度，而燒結(jié)升溫階段壓力越大，孔隙率越高，從而可以有效降低材料熱導(dǎo)率，實現(xiàn)SnTe熱電材料熱電轉(zhuǎn)化效率最大化，從而得到具有高ZT值的熱電材料，有利于提高能量利用率，節(jié)約資源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱電材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多孔SnTe熱電材料的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，化石能源的過度開發(fā)和使用在使得不可再生能源出現(xiàn)短缺的同時還對環(huán)境造成了巨大破壞。而傳統(tǒng)能源在能量轉(zhuǎn)換過程中超過一半的能量都會以廢熱的形式流失，導(dǎo)致能量利用率低，資源浪費。

而熱電材料可以實現(xiàn)熱能和電能的直接轉(zhuǎn)換，對廢熱回收具有重要意義。因此，對于熱電材料而言，最重要的是需要提高它的熱電轉(zhuǎn)換效率。熱電轉(zhuǎn)換效率可以用一個無量綱值表示為：ZT＝S²σT/κ，其中，S是賽貝克系數(shù)，σ是電導(dǎo)率，T是絕對溫度，κ是熱導(dǎo)率。

目前的研究發(fā)現(xiàn)，PbTe基(Leadtelluride，碲化鉛)熱電材料表現(xiàn)出優(yōu)異的熱電性能。但由于Pb的高毒性使PbTe熱電材料難以應(yīng)用于日常生活中。而SnTe(tintelluride，碲化錫)具有和PbTe相似的晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)，所以SnTe被認(rèn)為是PbTe最有前途的替代品。

但是，SnTe的本征熱電性能并不理想。這是由于SnTe中含有較高Sn空位，導(dǎo)致材料賽貝克系數(shù)低，電子熱導(dǎo)率高。此外，Sn原子比Pb原子具有更輕的原子質(zhì)量，所以SnTe具有比PbTe更高的晶格熱導(dǎo)率。因此，為提高SnTe的ZT值顯然是需要降低熱導(dǎo)率。

在專利號為CN200910092656.X，專利名稱為一種鉍碲系納米多孔熱電材料的制備方法的發(fā)明專利中通過將鉍碲系材料粉體與造孔劑均勻混合，在燒結(jié)期間造孔劑升華揮發(fā)形成具有納米大小孔隙結(jié)構(gòu)的多孔材料。但造孔劑容易使材料中引入其他雜質(zhì)，不利于材料的熱電性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種多孔SnTe熱電材料的制備方法，通過調(diào)節(jié)放電等離子燒結(jié)升溫階段的壓力強度，調(diào)控?zé)犭姴牧系目紫堵蚀笮。瑹Y(jié)升溫階段壓力強度越大，孔隙率越高，從而可以有效降低材料熱導(dǎo)率，實現(xiàn)SnTe熱電材料熱電轉(zhuǎn)化效率最大化，從而得到具有高ZT值的熱電材料。

具體的，主要通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種多孔SnTe熱電材料的制備方法，包括以下步驟：

分別稱取符合化學(xué)計量比的Sn粉和Te粉，并將稱取的Sn粉和Te粉轉(zhuǎn)移至球磨罐中進(jìn)行球磨，合成得到純相的SnTe粉體；

利用放電等離子燒結(jié)設(shè)備并控制燒結(jié)升溫階段的壓力強度為P₁，將所述SnTe粉體制備成多孔SnTe熱電塊體材料，其中，P₁≥4MPa。

優(yōu)選地，將稱取的Sn粉和Te粉轉(zhuǎn)移至球磨罐中進(jìn)行球磨，合成得到純相的SnTe粉體，具體包括：通過機械合金化的方式，將稱取的Sn粉和Te粉轉(zhuǎn)移至球磨罐中，利用乙醇溶液球磨，合成得到純相的SnTe粉體。

優(yōu)選地，利用放電等離子燒結(jié)設(shè)備將所述SnTe粉體制備成多孔SnTe熱電塊體材料，具體包括：

將所述SnTe粉體轉(zhuǎn)移至石墨模具中，并將裝有所述SnTe粉體的石墨模具放入放電等離子燒結(jié)設(shè)備的腔體內(nèi)，對反應(yīng)腔體抽真空；